Генные ножницы CRISPR, как новые инструменты молекулярной биологии, берут свое начало в древней бактериальной иммунной системе. Но как только вирусная атака успешно преодолена, клетка должна восстановиться.
Исследователи из Университетской больницы Бонна (UKB) и Боннского университета в сотрудничестве с исследователями из Института Пастера во Франции обнаружили таймер, встроенный в генные ножницы, который позволяет генным ножницам отключаться. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nucleic Acids Research.
Некоторые бактерии выработали генные ножницы CRISPR в ответ на атаки так называемых фагов. Эта бактериальная иммунная система распознает генетический материал фага, уничтожает его и таким образом защищает от вирусных атак.
При обнаружении фагов варианты типа III этих иммунных систем производят вещества-мессенджеры с циклическими олигоаденилатами (cOAs), которые бактерии используют для включения сложного плана действий в чрезвычайных ситуациях. Это гарантирует, что с вирусом можно бороться оптимально и на широком фронте.
Исследовательская группа под руководством доктора Грегора Хагелукена из Института структурной биологии в UKB, который является членом Трансдисциплинарной исследовательской области (TRA) Life & Health и Кластера передового опыта ImmunoSensation2 в Боннском университете, обнаружила, что вещество-мессенджер cA 4, вырабатываемое геном ножниц, связывается с белком под названием CalpL. Активированные таким образом белки-ножницы запускают каскад сигналов, который помогает клетке пережить вирусную атаку.
Таким образом, исследователи из Бонна открыли совершенно новый аспект систем CRISPR, которые можно легко перепрограммировать для биотехнологических и медицинских целей. «Эти активированные CRISPR белковые ножницы, которые мы обнаружили, являются совершенно новым инструментом в арсенале молекулярной биологии», — говорит Нильс Шнебергер, докторант Института структурной биологии Боннского университета в UKB, сыгравший ключевую роль в открытии белка CalpL.
«Однако после вирусной атаки крайне важно устранить оставшиеся циклические олигоаденилаты, чтобы прекратить противовирусную реакцию и вернуть клетку в нормальное состояние», — говорит Софи Биндер, которая разделяет первое авторство исследования со Шнебергером и также является докторантом Института структурной биологии Боннского университета в UKB.
В сотрудничестве с исследователями из Института Пастера в Париже и Института органической химии и биохимии Кекуле при Боннском университете ученым из Бонна удалось показать, что так называемый домен SAVED протеазы CalpL обладает кольцевой нуклеазной активностью, которая расщепляет cA 4.
«Таким образом, белок содержит нечто вроде молекулярного таймера, который отключает иммунную реакцию. Разбивая cA 4 на линейные фрагменты, регулируется продолжительность иммунного ответа, что позволяет контролируемо возвращать клетку в нормальное состояние», — говорит Биндер.
Переключаемая протеаза, такая как CalpL, также представляет большой интерес для биотехнологических приложений. Например, ее можно использовать в качестве молекулярного сенсора. «Недавно обнаруженная активность кольцевой нуклеазы на самом деле является недостатком для таких целей», — говорит доктор наук Хагелуекен. «Однако в нашем исследовании мы также смогли показать, как активность кольцевой нуклеазы может быть специфически ингибирована, так что сенсор не выключится снова».
